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CAR-T细胞疗法正在改变以前无法治愈的血癌的治疗方法，但很大一部分患者对它们的反应仍然很差或根本没有反应，这需要新的策略来克服这一挑战。现在，Wyss的一个研究小组开发了一种简单的干预方法，其形式是一种可生物降解的支架材料，称为“t细胞增强支架”(TES)，可以局部注射到皮肤下，并在给药后用于重新刺激CAR-T细胞。在侵袭性小鼠淋巴瘤模型中，这增加了它们的治疗效果，显著抑制了肿瘤的生长，延长了动物的生存时间。
在侵袭性小鼠肿瘤模型中，刺激t细胞的生物材料在皮肤下缓慢生物降解，刺激体内的CAR-T细胞以提高治疗效果。
CAR-T细胞疗法正在改变以前无法治愈的血癌的治疗方法。6种获批的CAR-T产品已经在2万多人身上使用，500多项临床试验正在进行中。然而，根据麻省总医院最近的一项研究，在接受CAR-T细胞疗法治疗的100名淋巴瘤、骨髓瘤或b细胞急性淋巴细胞白血病患者中，24%只有部分反应，20%根本没有反应——这是CAR-T疗法治疗患者的典型成功率。
CAR-T细胞是通过将所谓的“嵌合抗原受体”(CARs)引入到患者自身的免疫T细胞的分子库中，使其能够寻找并杀死特定的癌细胞而产生的。经过费力和昂贵的体外工程和扩增，它们被作为活体治疗药物重新施用于同一患者。
肿瘤学研究人员怀疑，令人失望的治疗结果可能是由几种情况造成的，包括给患者使用的CAR-T细胞产品质量差，或者CAR-T细胞在患者体内存活时间不够长，或者它们的抗肿瘤能力已经耗尽。迫切需要新的治疗策略来帮助克服这些缺点，并进一步提高CAR-T细胞在制造过程中甚至在患者体内的质量和功效。
现在，哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和哈佛大学John a . Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的一个研究小组已经开发出一种生物可降解支架材料形式的简单干预方法，这种材料可以局部注射到皮肤下，用于在给药后重新刺激CAR-T细胞，以提高其治疗效果。在患有侵袭性血液肿瘤的小鼠中，用非治愈剂量的CAR-T细胞治疗，该团队的“t细胞增强支架”(TES)显著抑制了肿瘤的生长，延长了动物的生存时间。CAR-T细胞治疗效果的提高是由于TES能够增加血液循环中CAR-T细胞的数量，并引导它们分化为杀伤肿瘤的T细胞亚型。研究结果发表在《自然生物医学工程》杂志上。
“虽然我们的策略需要转化为人类的需求和环境，但它可能提供一个安全，简单的途径，进一步改善CAR-T细胞治疗不良反应的患者，”领导这项研究的Wyss创始核心教员David Mooney博士说。“通过将部分过程转移到患者体内，它也有可能在未来简化极其艰巨和昂贵的CAR-T细胞制造过程。”Mooney也是SEAS的Robert P. Pinkas家族生物工程教授。
许多CAR-T细胞刺激方法已经开发出来，除了引入CAR受体外，还对患者的T细胞进行其他遗传修饰，以更好地保持其治疗效果(细胞内在)，或者在疫苗的启发下，靶向免疫系统的其他部分，以支持CAR-T细胞攻击肿瘤细胞(细胞外在)。然而，它们中的大多数都涉及新的挑战，包括在CAR-T细胞制造过程中更复杂的细胞操作，以及在细胞内在方法的情况下对所产生细胞行为的控制，或者在细胞外在方法的情况下对身体产生意想不到的副作用。
在皮肤下制造了一个假淋巴结
“以前，我们的团队设计了生物材料支架，通过模仿抗原呈递细胞(APCs)，在培养皿中扩增用于免疫治疗的t细胞，APCs通常通过向淋巴结呈递肿瘤抗原来重新编程淋巴结中的t细胞。我们假设这个基本概念也可以应用于有效刺激体内的CAR-T细胞——TES本质上可以作为伪淋巴结，”共同第一作者David Zhang说，他在Mooney的小组获得了博士学位。
TES生物材料支架由微小的可生物降解介孔二氧化硅棒(MSRs)组成，当注射到皮肤下时，这些介孔二氧化硅棒可以自组装成3D的细胞渗透性支架结构，并通过小血管连接到血液循环中。TES含有一种称为白细胞介素-2 (IL-2)的可溶性分子，这种分子不断释放，刺激T细胞从血液循环进入TES。此外，msr被一层双层脂质包裹，这种脂质模仿了t细胞在淋巴结中遇到的APC的外细胞膜。这个脂质层向T细胞表面的T细胞受体呈递两种抗体分子，抗cd3和抗cd28，其方式与apc呈递的肿瘤抗原通常刺激受体的方式相似。然后诱导CAR-T细胞增加它们的数量，并分化成杀死肿瘤的T细胞亚型。
首先，研究人员确定了TES中最佳的抗cd3:抗cd28抗体比例和数量，这有助于招募最多数量的培养CAR-T细胞，并诱导它们成为具有肿瘤细胞杀伤潜力的“效应t细胞”。当注射到小鼠皮肤下时，TES与动物的脉管系统相连，并在三周以上的时间内保持血管化结节的可追溯性。超过60%的细胞渗透到它们的多孔网络中是中性粒细胞，这是一种白细胞，作为免疫系统的第一道防线，而T细胞的比例要小得多，但却很重要，它们通常是延迟的、更具有靶向性的肿瘤细胞(或病原体)定向免疫防御的一部分。
研究人员认为，“通过引起一些轻微的炎症，TES支架刺激它们的血管化，并帮助吸引某些类别的免疫细胞，这将增加免疫细胞被动地通过TES，”共同第一约书亚·布罗克曼博士说，他是穆尼团队的博士后，现在是威斯康星大学麦迪逊分校的助理教授。“通过在不同的时间点再次移除注射的支架，用CAR-T细胞培养它们，并测量细胞的激活水平，我们能够得出结论，在注射后，TES可以刺激CAR-T细胞至少7天。”
肿瘤检测
为了测试TES作为治疗助推器的潜力，研究小组使用了与临床相关的人类伯基特淋巴瘤小鼠模型。伯基特淋巴瘤是一种由b细胞癌变并影响许多器官引起的血癌。他们首先给小鼠注射人类淋巴瘤细胞，然后给它们注射治疗剂量的针对这种肿瘤的CAR-T细胞，然后在动物皮肤下注射TES。重要的是，含有IL-2、抗cd3和抗cd28因子的TES比缺乏这三种因子的空白TES增加了5倍以上的循环CAR-T细胞数量，并且更多的CAR-T细胞获得了杀死肿瘤细胞的潜力。当在其他相同的环境中使用低剂量的CAR-T细胞不足以治愈癌症时，CAR-T细胞繁殖得更多。
“TES将CAR-T细胞带入它们的多孔结构中，在那里它们促进了它们的增殖、激活和分化，最终它们进入血液，执行它们的肿瘤杀伤功能，”张总结道。“而且，重要的是，虽然接受治疗剂量不足的CAR-T细胞和空白TES的淋巴瘤动物很快就会死于扩散的癌症，但注射CAR-T细胞和功能完整的TES的动物存活的时间更长。”
Brockman补充说:“这种侵袭性淋巴瘤小鼠模型是提供概念验证的理想工具。然而，它对应的是处于疾病晚期的癌症患者，治疗需要大量的细胞毒性T细胞潜能。在将TES进一步应用于人类患者时，可能需要更持久、更平衡的方法来增强CAR-T细胞对肿瘤的记忆。”
Dave Mooney团队的这项研究展示了利用工程学模拟多细胞相互作用的力量，多细胞相互作用是我们免疫系统抵抗癌症的核心能力。这项技术可以在很大程度上改变许多接受CAR-T疗法的癌症患者的生活，这些患者还没有从中受益，”Wyss创始董事Donald Ingber说。
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